Wie Zu Messen Durchschnitt Geschwindigkeit Von Bewegung Objekt

Sie können die mittlere Geschwindigkeit mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnen: Geschwindigkeitszeit. Durchschnittliche Geschwindigkeit Kameras werden verwendet, um herauszufinden, ob ein Autofahrer zu schnell fährt. Ein Distanz-Zeit-Diagramm zeigt, wie sich der Abstand eines Objekts über die Zeit und seine Geschwindigkeit ändert. Durchschnittliche Geschwindigkeit Die Geschwindigkeit eines Objekts gibt an, wie schnell oder langsam es bewegt wird. Sie können die durchschnittliche Geschwindigkeit eines Objekts finden, wenn Sie wissen: Die zurückgelegte Distanz Die Zeit, die benötigt wird, um diesen Abstand zu berechnen Sie können die durchschnittliche Geschwindigkeit mit Hilfe der Gleichung berechnen: Geschwindigkeitsdistanzzeit Abstandszeitgraphen stellen dar, wie sich ein Objekt bewegt. Sie zeigen, wie sich der Abstand von einem Startpunkt aus verändert. Berechnung der durchschnittlichen Geschwindigkeit Diese Gleichung zeigt die Beziehung zwischen der durchschnittlichen Geschwindigkeit, dem Abstand und der Zeit: Durchschnittliche Geschwindigkeitsdistanzzeit Zum Beispiel, was ist die durchschnittliche Geschwindigkeit eines Läufers, der 100 m in 10 s abdeckt Durchschnittliche Geschwindigkeit 100 10 10 ms In der Wissenschaft ist die durchschnittliche Geschwindigkeit Meist in Meter pro Sekunde, ms. Wenn Sie die Distanz in km angegeben haben, multiplizieren Sie es mit 1000, um die Distanz in m zu erhalten. Zum Beispiel, ein Auto deckt 2 km in 100 s. Was ist seine durchschnittliche Geschwindigkeit 2 km 2 1000 2000 m Durchschnittsgeschwindigkeit 2000 100 20 ms Prüfen Sie Ihr Verständnis für dieses Thema, indem Sie bei dieser Aktivität gehen: Ihr Webbrowser hat zurzeit kein JavaScript aktiviert. Informationen zur Aktivierung von JavaScript finden Sie auf der Website von Webwise. Sie können diesen Inhalt erst sehen, wenn Sie JavaScript aktiviert haben. Durchschnittliche Geschwindigkeit Kameras Geschwindigkeitskameras werden verwendet, um herauszufinden, ob ein Autofahrer zu beschleunigen. Die Kamera nimmt zwei Fotos des Fahrzeugs auf. Diese können sein: Eine gewisse Zeit auseinander, so dass die in dieser Zeit zurückgelegte Distanz in einem gewissen Abstand voneinander ausgearbeitet werden kann, so dass die Zeit, die von einer Straßenmarkierung zur nächsten gefahren wird, ausgearbeitet werden kann. Messung der Geschwindigkeit von sich bewegenden Objekten mit Stroboskopische Fotografie Ein Strobe-Licht kann einen ganzen Raum in nur zehn Mikrosekunden beleuchten. Preiswerte Blitzleuchten können bis zu 10 oder 20 mal pro Sekunde blinken. Dieses Projekt zeigt Ihnen, wie Sie stroboskopische Fotografie verwenden, um Bewegung zu analysieren. Das Ziel dieses Experiments ist es, ein Strobe-Licht mit variabler Frequenz zu kalibrieren und dann die Geschwindigkeit eines Ping-Pong-Balles (oder eines anderen beweglichen Objekts) zu messen. Einleitung Wie Sie die Bewegung mit Ihrer Kamera einfrieren Die erste Antwort, die Ihnen in den Sinn kommt, ist Verwenden Sie eine schnelle Verschlusszeit. Wenn der Kamerasensor (oder Film) nur für eine sehr kurze Zeit Licht ausgesetzt ist, kann das bewegte Objekt immer noch aussehen. Es hängt davon ab, wie schnell sich das von der Linse projizierte Bild bewegt und wie lange der Verschluss geöffnet ist. Welche Arten von Bewegung können Sie mit nur Verschlusszeit einfrieren wir können einige Berechnungen zu sehen. Lets imagine, die ein Foto von einem Papierflugzeug zu nehmen. Das Flugzeug wird parallel zur Kamerafilmebene fliegen. Für dieses Gedankenexperiment werden wir mehrere Annahmen treffen. Verwenden Sie gut Zahlen, die es einfach machen, eine Faustregel für Bewegungsunschärfe zu generieren. Nehmen wir an, dass sich das Flugzeug mit einer Geschwindigkeit von 1 ms bewegt. Darüber hinaus gehen wir davon aus, dass wir die Kamera so platziert, dass das Gesichtsfeld genau 1 m der Flugzeuge Flugbahn zu erfassen. Schließlich geht man davon aus, dass eine 35-mm-Filmkamera mit einer Verschlusszeit von 11000 s verwendet wurde. Wie weit reist das Flugzeug bei geöffnetem Verschluss 1 ms times11000 s 11000 m 1 mm Wie weit wird das Bild des Flugzeugs auf dem Film verfahren Für diese Berechnung stellen wir ein Verhältnis zwischen der horizontalen Ausdehnung des Sichtfeldes und Das Bild auf Film. Das Vollbild eines typischen 35-mm-Negativs ist tatsächlich etwas mehr als 35 mm über, etwa 37 mm. So finden Sie den Abstand, x, dass das Bild des Flugzeugs auf dem Film bewegt, können wir schreiben: 1 mm1000 mm x37 mm 0,037 mm Das Bild bewegt sich 11000 der horizontalen Ausdehnung des Rahmens. Werden wir dies in einem Druck bemerken, ist dies mit Präzision schwer zu sagen (lesen Sie die Informationen zu Verstehen von Auflösung und Verständnis von Schärfe (Reichmann, 2006). Das nicht unterstützte menschliche Auge kann 4 Zeilen pro mm (l / min) mit einem ziemlich kontrastreichen Ziel auflösen (Harris, 1991) Für einen schnappschussgroßen (4 × 6) Druck entspricht 11000 des Rahmens: 6 in 1000 mal 25,4 mmin 0,15 mm Beim Reziproken haben wir 6,6 lpm, was über der Schwelle liegt Das Bild hängt nicht nur von der Auflösung ab, sondern auch davon, wie wir die Kantenübergänge im Bild wahrnehmen. So wäre dies ein Grenzfall. Wenn wir die Bildgröße auf einen 8x10-Druck erhöhen, werden wir an der 4-lpm-Schwelle sein, und das wäre definitiv Erwarten wir, eine leichte Unschärfe aufgrund der Bewegung des Flugzeugs bemerken zu können. Aus den Berechnungen für die hinteren Hüllkurven ergibt sich, dass die Verschlusszeit alleine Grenzkonturen von Objekten liefert, die mit einer Geschwindigkeit von 11000 der Horizontalen fahren Für größere Drucke muss die Geschwindigkeit noch langsamer sein. Gibt es etwas, das wir für Objekte schneller bewegen können Ein weiterer Ansatz ist es, einen kurzen, hellen Blitz zu verwenden, um Bewegung zu erfassen. Wenn die Linsenblende gestoppt wird, wird das meiste Licht, das während der Verschlußöffnungszeit gesammelt wird, Licht von dem hellen Blitz reflektiert. Nun wird die Schärfe durch die Blitzdauer bestimmt. Es gibt viele interessante Möglichkeiten für dieses Projekt. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, ein wiederholtes Strobe-Licht (mit einstellbarer Frequenz) zu verwenden, um eine schnelle Bildfolge eines sich bewegenden Objekts während der gleichen Belichtung aufzunehmen. Abhängig von der Menge des Umgebungslichts und wie reflektierend Ihr bewegtes Objekt ist, sehen Sie möglicherweise ein verschwommenes Gespenstbild des Objekts zwischen den Blitzen (das weniger Umgebungslicht, der Dimmer das Gespenstbild). Aber der Teil des Bildes, der während des hellen Blitzes aufgezeichnet wird, wird im allgemeinen vom Hintergrund unterscheidbar sein. Wenn Sie die Frequenz (d. H. Wiederholrate) Ihres Strobe-Lichts kennen, können Sie Messungen von Ihren Bildern ausführen, um die Bewegung eines Objekts zu analysieren. Da die Drehzahl eines typischen Fensterfächers (üblicherweise im Bereich von 3008211900 U / min oder 5821115 Hz) ähnlich der von billigen Strobe-Leuchten (maximale Frequenz üblicherweise im Bereich von 10821120 Hz) ist, können Sie das Strobe-Licht mit a kalibrieren Der sich mit bekannter Geschwindigkeit dreht. Wenn das Strobe-Licht mit dem Lüfter synchronisiert wird, leuchtet die Klinge bei jeder Umdrehung in der gleichen Position. Da die helle Beleuchtung wieder auftritt, wenn sich die Lüfterklappe in der gleichen Position befindet, scheint die Klinge eingefroren zu sein. Denken Sie darüber nach, was passieren würde, wenn das Blitzlicht bei genau der doppelten Frequenz des Lüfters blinkte. Wo würden Sie erwarten, um die Fan-Blade zu sehen Das ist richtig, Sie sehen es zweimal während jeder Umdrehung, 180deg auseinander. Und wenn das Blitzlicht genau viermal die Frequenz der Lüfter drehte, würde die Klinge alle 90 Grad beleuchten. Was würde passieren, wenn das Blitzlicht langsamer blinkte als die Lüfterdrehzahl Ist es möglich, das Blitzgerät so einzustellen, dass es die Lüfterflügel alle eineinhalb Umdrehungen beleuchtet. Durch die Verwendung von solchen Mustern können Sie mehrere Strobe-Kalibrierungen mit einem einzigen machen Lüftergeschwindigkeit. Begriffe und Konzepte Für dieses Projekt sollten Sie Forschung durchführen, die es Ihnen ermöglicht, die folgenden Begriffe und Konzepte zu verstehen: Xenon-Blitzlampe, Frequenz, Periode, Zyklen pro Sekunde (Hz), Umdrehungen pro Minute (U / min). Fragen Wenn sich ein Lüfter mit 500 U / min dreht, wie oft es sich pro Sekunde dreht, wenn ein Lüfter mit 300 U / min rotiert, was ist seine Periode in Sekunden, wenn ein einstellbares Blitzlicht bei Frequenzen von 1 bis 10 Hz mit welchem ​​Bereich blinken kann Der Gebläsedrehzahlen (in U / min) könnte es synchronisieren Wenn das Strobe-Licht exakt mit dem Lüfter synchronisiert ist, wird das Messer jedes Mal an der gleichen Stelle in seinem Rotationszyklus beleuchtet und scheint sich nicht zu bewegen. Was wird die scheinbare Bewegung des Lüfterflügels sein, wenn das Blitzlicht auf eine etwas höhere Frequenz als der Lüftermotor eingestellt wird. Zu einer etwas niedrigeren Frequenz Wie wäre die Strobefrequenz einzustellen, um den Lüfter jede halbe Umdrehung zu beleuchten Alle drei - quarter turn Jeder ein und ein Viertel dreht Bibliographie Wikipedia Mitwirkende, 2006. Xenon-Blitzlampe, Wikipedia, The Free Encyclopedia zugegriffen 6. Februar 2006: en. wikipedia. orgwindex. phptitleXenonflashlampampoldid36114130. Harris, R. 1991. Verständnis Auflösung: Teil I: Linse, Film und Papier, Darkroom amp Kreative Kameratechniken. MarApr 1991. Online verfügbar unter: luminous-landscapepdfUR1.pdf. Reichmann, M. 2006. Understanding Resolution, The Luminous Landscape zugegriffen am 6. Februar 2006 leucht-landscapetutorialsunderstanding-seriesundresolution. shtml. Reichmann, M. 2006. Verständnis Schärfe, die leuchtende Landschaft zugegriffen am 6. Februar 2006 luminous-landscapetutorialssharpness. shtml. Reichmann, M. 2006. Mehr über das Verständnis Auflösung, The Luminous Landscape zugegriffen 6. Februar 2006 luminous-landscapetutorialsmore-ures. shtml. Materialien und Ausrüstung Um dieses Experiment durchführen zu können, benötigen Sie die folgenden Materialien und Ausrüstung: Blitzleuchte mit variabler Frequenzeinstellung (allgemein erhältlich mit 0821110 Hz oder Einstellung 0821120 Hz), Lüfter mit bekannter Geschwindigkeit (s) (Drehzahl), Winkelmesser, Lineal, Kamera mit verstellbaren Verschlusszeiten und Objektivöffnungen, Stativ für Kamera, Kabelauslöser oder Fernbedienung für Kamera, stabile Einbaulage für Blitzlicht, Kamera in der Nähe, Tischtennisplatte, Paddel und Ball, mit Platz für Kamera Stativ, ein oder mehrere Helfer, um den Ball, während Sie die Kamera und Strobe (oder umgekehrt) zu schlagen. Experimentelle Vorgehensweise Kalibrieren der Strobe-Frequenz Führen Sie Ihre Hintergrundforschung durch und stellen Sie sicher, dass Sie die Begriffe, Konzepte und Fragen oben verstehen. Mit Ihrer Eltern Erlaubnis, eine kleine, aber leicht sichtbare Marke am Ende eines der Lüfterflügel, so dass Sie es von den anderen unterscheiden können. Beispielsweise können Sie eine dunkel gefärbte Markierung auf einer hellen Klinge verwenden oder ein kleines Stück Papier mit einem kontrastreichen Muster auf einer dunkel gefärbten Klinge anbringen. (Beachten Sie, dass es am besten ist, Ihre Beobachtungen von der Einlassseite des Ventilators zu machen, also haben Sie nicht einen großen Wind, der in Ihr Gesicht weht, und es bildet auch es einfacher, wenn Sie Sachen oben setzen, damit der Hintergrund gut mit dem kontrastiert Lüfterflügel.) Mit einem Winkelmesser, einem Lineal und einem Etikettenband markieren Sie Winkel in 30-Grad-Schritten um den Umfang des Lüfters. Berechnen Sie für jede der Lüfterdrehzahlen die Strobe-Frequenzen, die die markierte Klinge alle eineinhalb Viertel und alle ein - und ein Drittel drehen. Wenn Ihr Blitz ist schnell genug, können Sie auch in der Lage, sie anzupassen, um die Lüfterflügel beleuchten alle Dreivierteldrehung. Wenn Ihre Strobe-Lichtfrequenzeinstellung keine Wählanzeige hat, schneiden Sie einen Kreis aus Papier der entsprechenden Größe, um einen zu machen. Gehen Sie wie folgt vor, um das Zifferblatt zu kalibrieren. Schalten Sie den Ventilator auf die niedrigste Geschwindigkeit ein. Schalten Sie das Blitzlicht ein und stellen Sie die Frequenz ein, bis das Licht die Bewegung des markierten Lüfterflügels einfriert. Die Motordrehzahl des Motors kann geringfügig schwanken. Sie möchten das Blitzgerät so einstellen, dass das markierte Blatt so unbeweglich wie möglich erscheint. Markieren Sie die Position auf der Anzeige. Diese Frequenz (in Blitzen pro Minute oder fpm) entspricht der Drehzahl des Ventilatormotors (in U / min). Da es natürlicher sein wird, Geschwindigkeiten in Metern (oder Fuß) pro Sekunde zu berechnen, werden Sie wahrscheinlich die Zahlen für Ihr Strobe-Wählrad auf Blin - ken pro Sekunde (Hz) anstelle von fpm umrechnen wollen. Wie wird die markierte Lüfterflügel scheinen sich zu bewegen, wenn Sie die Strobe Frequenz etwas höher anpassen etwas niedriger Versuchen Sie es und sehen. Wenn Ihr Lüfter mehrere Geschwindigkeiten hat, wiederholen Sie den Vorgang für jede Geschwindigkeit. Markieren Sie die neuen Synchronisationspunkte auf dem Zifferblatt. Es ist immer eine gute Idee, um zu überprüfen, so gehen Sie zurück durch die Ventilatorgeschwindigkeiten wieder, und überprüfen Sie Ihre Kalibrierungsmarken auf dem Strobe-Dial. Ping Pong Strobe Fotografie und Geschwindigkeitsmessung Für beste Ergebnisse, machen einen dunklen Hintergrund neben der Tischtennisplatte mit hängenden Tuch. Sein eine gute Idee, das Tuch mit einer Abstandsskala (z. B. unter Verwendung von Klebeetiketten) als Referenz zu markieren. Denken Sie daran, dass youll auch eine Entfernung Skala in der Ebene der Ping-Pong-Ball (z. B. rechts unten in der Mitte des Tisches). Sie können ein separates Bild einer Referenzskala in der Ebene des Balles halten. Sie können dann Proportionen verwenden, um einen Umrechnungsfaktor von der Hintergrundskala bis zur Kugelebene zu berechnen. Solange Sie nicht bewegen die Kamera, und Sie halten den Ball in der Mitte des Tisches, youll wissen, wie die Entfernung durch die Umwandlung von Ihrer Skala auf dem Hintergrund Tuch zu berechnen. Stellen Sie die Kamera auf dem Stativ auf der gegenüberliegenden Seite des Tisches vom Hintergrund aus ein, sodass Sie die meisten oder die gesamte Länge des Tisches erfassen können. Machen Sie Ihr Bestes, um die Kamera parallel zur Längsachse des Tisches aufzustellen. (Denken Sie an Möglichkeiten, dies im Sucher zu überprüfen.) Youll wollen mit Ihrem Setup experimentieren, um die beste Linsenöffnung für die Verwendung mit dem Strobe-Licht zu bestimmen. Sie müssen eine Reihe von Bildern an verschiedenen Blendenstationen mit nur einem Blitzblitz pro Bild nehmen. Stellen Sie das Strobe-Licht auf 1 Hz und die Verschlusszeit auf 1 s. Schnappen Sie ein Bild direkt nach einem Strobeblitz. Der Verschluss sollte bis zum nächsten Blitz geöffnet bleiben und dann schließen. Nehmen Sie eine Reihe von Fotos von immer noch Ping-Pong-Kugeln mit aufeinanderfolgenden Öffnungen. Verfolgen Sie in Ihrem Labor-Notebook, welche Einstellungen für jedes Bild verwendet wurden. Verwenden Sie diese Bilder, um die beste Blendeneinstellung für Ihr Experiment auszuwählen. Für die beweglichen Ping-Pong-Ball-Fotos verwenden Sie das Strobe-Licht bei einer höheren Frequenz, von Ihren vorherigen Kalibrierungen (oben). Versuchen Sie, den Ball zu halten Experimentieren Sie mit Belichtungszeiten von 1 s (in der Regel auf der Kamera) oder länger (mit der B-Einstellung). Verwenden Sie einen Kabelauslöser (oder eine Fernbedienung für neuere Kameras), um ein Schütteln der Kamera zu vermeiden. Vergewissern Sie sich, dass Sie die Belichtungseinstellungen, die Strobe-Lichtfrequenz und zusätzliche Anmerkungen (z. B. Ping-Pong-Ball-off-line bei dieser Aufnahme) im Labor-Notizbuch beibehalten. Haben die Fotos verarbeitet und gedruckt (oder machen Sie es selbst). Mit Hilfe der Distanzskalen (siehe oben) messen Sie, wie weit die Kugel zwischen aufeinanderfolgenden Blitzen reiste. Wenn Sie die Strobe-Lichtfrequenz kennen, können Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit für jedes Intervall berechnen. Vorschlag: unter jedem Foto, eine Grafik anzeigen, die die Kugeln Geschwindigkeit an jedem Punkt, wo das Blitzlicht blitzte. Wie schnell läuft der Ball? Was ist die schnellste Ballgeschwindigkeit, die Sie mit dieser Einstellung messen können Versuchen Sie, Backspin auf den Ball zu legen und die resultierende Bewegung zu analysieren, wenn der Ball springt. Variationen Verwenden Sie das Blitzlicht und die Kamera, um die Bewegung eines Pendels zu analysieren, das beschleunigt und verzögert, wenn es sinkt und steigt. Können Sie andere bewegte Objekte zu fotografieren und zu analysieren Eine andere (und wahrscheinlich genauer) Weise, das Strobe-Licht zu kalibrieren, wäre, eine Photodiodenschaltung zu verwenden, die an ein Oszilloskop oder einen Analog-Digital-Wandler angeschlossen ist. Sie können die Frequenz genau auf dem Oszilloskop-Bildschirm messen oder die digitalisierten Daten mit Ihrem Computer analysieren. Fragen Sie ein Experte Das Ask a Expert Forum soll ein Ort sein, wo Studenten gehen können, um Antworten auf wissenschaftliche Fragen finden, dass sie nicht in der Lage, mit anderen Ressourcen zu finden. Wenn Sie konkrete Fragen zu Ihrem Wissenschaftsmesse - oder Wissenschaftsmesse haben, kann Ihnen unser Team von Freiwilligenwissenschaftlern helfen. Unsere Experten werden nicht die Arbeit für Sie tun, aber sie werden Vorschläge machen, bieten Beratung und helfen Ihnen bei der Fehlersuche. verwandte Links